Принцип роботи і будова сонячної батареї

Принцип роботи і будова сонячної батареї

8 бер, 2016 переглядів: 2310 коментарів: 0

У професійних колах панелі, що перетворюють сонячне світло в електроенергію, називають фотоелектричними перетворювачами, які в розмовній мові або при написанні зрозумілих для широких мас статей прийнято називати сонячними батареями.

У професійних колах панелі, що перетворюють сонячне світло в електроенергію, називають фотоелектричними перетворювачами, які в розмовній мові або при написанні зрозумілих для широких мас статей прийнято називати сонячними батареями. Принцип роботи цих пристроїв, перші робочі екземпляри яких з'явилися досить давно, насправді досить простий для розуміння людиною, що має тільки знання зі шкільної лавки.

Не секрет, що p-n перехід може перетворювати світло в електроенергію. У шкільних дослідах нерідко проводять експеримент з транзистором зі спиляною верхньою кришкою, що дозволяє світлу падати на p-n перехід. Підключивши до нього вольтметр, можна зафіксувати, як при опроміненні світлом такий транзистор виділяє мізерний електричний струм. А якщо збільшити площу p-n переходу, що в такому випадку відбудеться? В ході наукових експериментів минулих років, фахівці виготовили p-n перехід з пластинами великої площі, викликавши тим самим появу на світ фотоелектричних перетворювачів, які називаються сонячними батареями.

Принцип дії сучасних сонячних батарей зберігся, незважаючи на багаторічну історію їх існування. Удосконаленню піддалася лише конструкція і матеріали, що використовуються у виробництві, завдяки яким виробники поступово збільшують такий важливий параметр, як коефіцієнт фотоелектричного перетворення або ККД пристрою. Варто також сказати, що величина вихідного струму і напруги сонячної батареї безпосередньо залежить від рівня зовнішньої освітленості, який впливає на неї.

У структурі сонячної батареї використовується p-n перехід і пара електродів для зняття вихідної напруги

На зображенні вище можна бачити, що верхній шар p-n переходу, який володіє надлишком електронів, з'єднаний з металевими пластинами, які виконують роль позитивного електрода, пропускають світло і додають елементу додаткову жорсткість. Нижній шар в конструкції сонячної батареї має недолік електронів і до нього приклеєна суцільна металева пластина, яка виконує функцію негативного електрода.
Технологія, за якою виготовлена ​​сонячна батарея, впливає на її ККД

Вважається, що в ідеалі сонячна батарея має близький до 20% ККД. Однак на практиці і за даними фахівців сайту www.sutem.com.ua він приблизно дорівнює всього 10%, при тому, що для якихось сонячних батарей більше, для якихось менше. В основному це залежить від технології, за якою виконаний p-n перехід. Найбільш ходовими і маючими найбільший відсоток ККД продовжують бути сонячні батареї, виготовлені на основі монокристалу або полікристалу кремнію. Причому другі через відносну дешевизну стають дедалі поширенішим. До якого типу конструкції сонячна батарея відноситься можна визначити неозброєним оком. Монокристалічні світлоперетворювачі мають виключно чорно-сірий колір, а моделі на основі полікристалу кремнію виділяє синя поверхня. Полікристалічні сонячні батареї, що виготовляються методом лиття, виявилися дешевшими у виробництві. Однак і у полі-і монокристалічних пластин є один недолік - конструкції сонячних батарей на їх основі не володіють гнучкістю, яка в деяких випадках не завадить.

Ситуація змінюється з появою в 1975 році сонячної батареї на основі аморфного кремнію, активний елемент яких має товщину від 0,5 до 1 мкм, забезпечуючи їм гнучкість. Товщина звичайних кремнієвих елементів досягає 300 мкм. Однак, незважаючи на світлопоглинання аморфного кремнію, яке приблизно в 20 разів вище, ніж у звичайного, ефективність сонячних батарей такого типу, а саме ККД не перевищує 12%. Для моно- і полікристалічних варіантів при цьому він може досягати 17% і 15% відповідно.
Матеріал, з якого виготовлені пластини, впливає на характеристики сонячних батарей

Чистий кремній у виробництві пластин для сонячних батарей практично не використовується. Найчастіше в якості домішок для виготовлення пластини, що виробляє позитивний заряд, використовується бор, а для негативно заряджених пластин миш'як. Крім них при виробництві сонячних батарей все частіше використовуються такі компоненти, як арсенід, галій, мідь, кадмій, теллурид, селен та інші. Завдяки ним сонячні батареї стають менш чутливими до перепадів оточуючих температур.

Більшість сонячних батарей можуть накопичувати енергію, представляючи собою системи

У сучасному світі окремо від інших пристроїв сонячні батареї використовуються все рідше, частіше будуються так звані системи. З огляду на те, що фотоелектричні елементи виробляють електричний струм тільки при прямому впливі сонячних променів або світла, вночі або в похмурий день вони стають практично марними. З системами на сонячних батареях все інакше. Вони обладнані акумулятором, здатним накопичувати електричний струм днем, коли сонячна батарея його виробляє, а вночі, накопичений заряд може віддавати споживачам.

Сонячна система являє собою сукупність сонячної батареї і акумулятора

Для збільшення потужності, вихідної напруги і струму на основі сонячних батарей створюються панелі, де окремі елементи з'єднуються послідовно або паралельно.



Посилання на публікацію: http://ishop.sutem.com.ua/articles/topics/solar_energy/solar_comstruction

повязані публікації

 

Коментарі